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5 Minuten zum Verständnis der Funktionsweise eines Routers und seiner Hauptkomponenten
01. Was ist ein Router?
Vereinfacht ausgedrückt ist ein Router ein Gerät, das die Verbindung von Netzen mit Routing- und Weiterleitungsfunktionen ermöglicht. Außerdem kann er die Geschwindigkeit von Subnetzen anpassen, Subnetze isolieren und Zugangsregeln festlegen.
Definition: A Router ist ein Gerät, das die Zusammenschaltung von Netzen ermöglicht und auf der dritte Schicht des OSI-Modells-die Netzwerkschicht. Sie bietet zwei wichtige Mechanismen: Weiterleitung und Weiterleitung.
- Weiterleitung: Bestimmt den Weg, den ein Datenpaket von der Quelle zum Ziel nimmt (den optimalen Übertragungsweg zwischen den Hosts). Dieser Vorgang wird als Routing bezeichnet.
- Weiterleitung: Überträgt Datenpakete vom Eingangsport des Routers zum entsprechenden Ausgangsport (dies geschieht intern im Router).
02. Typische Routerstruktur
(Hinweis: Das im Originaltext erwähnte Diagramm ist hier nicht enthalten).
03. Wie ein Router funktioniert
- Leitweglenkung (Software, Steuerschicht):
- Das Routing-Protokoll wählt und erzeugt Routing-Einträge, die in die Routing-Tabelle aufgenommen werden.
- Die Routing-Tabelle wird in der Forwarding Engine im Speicher abgebildet und im Cache-Bereich des ASIC-Chips abgelegt.
- Weiterleitung von Paketen (Hardware, Datenschicht):
- Nachdem die Datenübertragungsschicht den Frame-Header und den Trailer entfernt hat, wird das Paket an die Netzwerkschicht gesendet.
- Die Netzwerkschicht verwendet die Schlüsselfelder des IP-Headers, um die Weiterleitungstabelle zu durchsuchen und die Ausgangsschnittstelle zu bestimmen.
04. Hardware-Routing-Weiterleitungstabelle
Die Hardware-Routing-Weiterleitungstabelle kann unabhängig von ihrer Größe innerhalb eines einzigen Taktzyklus durchsucht werden.
- CAM-Tabelle:
- Führt einen binären Abgleich durch (1 oder 0). Sie stimmt entweder vollständig überein oder überhaupt nicht.
- Wird für die Suche nach MAC-Adressen verwendet.
- TCAM-Weiterleitungstabelle:
- Führt einen ternären Abgleich durch (0, 1 oder "ist mir egal").
- Sortiert von präzisen zu ungenauen Übereinstimmungen.
- Wird für Routing-Tabellen-Richtlinien, Routing-Matches, Firewalls und Routing-Regelabgleiche verwendet.
05. NP (Netzwerkprozessor) Chip
Der NP-Chip ist programmierbar und kann die Hardware-Verarbeitung für mehrere Dienste gleichzeitig beschleunigen. Vor seiner Einführung waren Router spezialisierte Geräte. Mit dem NP-Chip, All-Service-Router möglich wurde.
Vorteile von NP gegenüber ASIC:
- Höhere Leistung: Integriert Dutzende von CPUs, Hardware-Coprozessoren und Beschleunigern. Selbst mit komplexen QoS-Funktionen wie Überlastungsmanagement und Warteschlangenplanung kann er eine Weiterleitung mit Leitungsgeschwindigkeit erreichen ("Hard Forwarding").
- Größere Flexibilität: Programmierbare Benutzeroberflächen ermöglichen eine flexible Erweiterung.
- Starke Serviceunterstützung: Schnelle Unterstützung neuer Mehrwertdienste (z. B. MPLS, QoS, Multicast).
- Bequeme Verwaltung und Entwicklung: Erhebliche Verkürzung des sekundären Entwicklungszyklus.
- IPv6-Kompatibilität: Reservierte IPv6-Schnittstellen ermöglichen ein reibungsloses Software-Upgrade.
- Hohe Verlässlichkeit: Die Chips werden vor der Produktion strengen Ermüdungstests unterzogen und eignen sich daher für die Entwicklung von Telekommunikationsgeräten.
06. Mehrstufige Vermittlungsstruktur Router
Eine mehrstufige Schaltstruktur besteht aus mehreren miteinander verbundenen Schalteinheiten. Jede Schalteinheit verfügt über einen vollständigen Satz von Eingangs- und Ausgangsschnittstellen, ähnlich wie ein Standardschalter, der Eingangs- und Ausgangsverbindungen bereitstellt.
07. Cluster-Router
Cluster-Router bestehen aus mehreren Router-Knoten, darunter mehrere Routing-Einheiten und Vermittlungseinheiten.
- Die Vermittlungsstruktur fasst mehrere Vermittlungsstrukturen zusammen und bietet eine verteilte Architektur die die Anforderungen an Leistung, Skalierbarkeit und Größe erfüllt.
- Es umfasst mehrere Kontrollknoten mit Routing-Berechnungsfunktionen, die eine verteilte Implementierung von Routing- und Kontrollprotokollen ermöglichen.
- Die Cluster-Router-Architektur gilt als die Hochleistungs-Router-Architektur der nächsten Generation, die den Anforderungen der Internet-Entwicklung gerecht wird.
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